在东南亚岛屿婆罗洲,樵夫、环保学生物学家和土著团体携手对土地使用的新模式展开了一场实验,实验的终极目标是让每一个人都衣食无忧,不会饿肚子。如果他们的计划最终获得成功,这一模式可应用于全世界的热带雨林地区,生物多样性将由此得到妥善保护,而当地人还能享受到多产的土地带来的经济效益。
马来西亚政府木材承包商Grand Perfect公司环保部门主任、生物学家罗伯特·斯特宾表示,这一计划的灵感来自于政府规划种植阿拉伯橡胶树区域图。其中一些地区用于采伐森林,剩余部分的森林则维持现状。斯特宾意识到,这种分块模式可用作本地动植物的“避难所”。他解释:“即便整个栖息地得不到保护,只要你要足够的林木和空地,而且这些都连成一片,生物多样性也能够得到合理利用。”
斯特宾与樵夫、沙捞越邦政府林业部门合作,将连接林业保护区的土地划成多条走廊,以便野生动植物在其间活动。其他一些保护和开发项目也在利用受保护的走廊通道,作为拯救本地物种之策。
斯特宾的当务之急是给生长在保护林区的动物建立一个完整的清单。研究人员现已统计出野猪、鹿、小型哺乳动物、鸟类、青蛙、鱼类和蜻蜓等动物的数量,目前正在调查菌类。他们还详细记录下经确认的所有物种的情况,如发现的地点,是否属本地物种,在当地或国际上的受保护地位。尽管之前林区遭到采伐,但研究人员还是发现了400多种脊椎动物的身影,如熊、麝猫、短尾猴、美洲豹、猫鼬、穿山甲等,甚至发现了地球上前所未见的18只蜗牛。斯特宾说:“这个项目的妙处在于,揭示了动物群落的这种弹性和生存能力。”
暗物质探测器
暗物质实验
宇宙中有无数等待人类去探索的秘密,暗物质就是其中一个。过去75年,科学家一直在奋力寻找暗物质的粒子,但迄今一无所获。明年,他们也许能从深埋于意大利中部山洞的冰冷液体中找到答案。一个国际物理学家小组正在准备进行XENON100实验,实验虽简单却拥有远大目标:记录下弱相互作用大质量粒子(WIMP)撞向液态氙原子核、引发光闪和电荷的一刻。领导实施这项研究的哥伦比亚大学物理学家埃琳娜·阿普莉莱显得信心十足:“我们绝对能看到这些物理事件。”
根据最新的理论和发现,宇宙中暗物质的数量是构成我们普通世界的原子物质数量的6倍。尽管每秒钟都有无数暗物质从我们身边经过,但它们无影无踪,我们根本看不到它们的踪影;它们不带电荷,与原子物质间的相互作用并不频繁,科学家能发现它们的唯一途径就是布下一个“天罗地网”。目前,全球约有十个科学小组正在从事类似研究,但XENON100实验是迄今保密措施做得最好的。所有试验人员均在地表以下从事研究,避免探测器遭到背景辐射。
意大利格朗萨索(Gran Sasso)国家实验室位于一座山顶下4600英尺深处。XENON100是阿普莉莱之前关于暗物质试验XENON100的增强版,这次试验使用液态氙(室温下存在的惰性气体)捕捉弱相互作用大质量粒子。XENON100探测器是一种不锈钢圆柱体,外面是由两种铅和一层聚乙烯打造的保护性“城堡”。330磅的液态氙在里面将被冷冻至零下140华氏度。氙拥有一个独具魅力的特性:一旦WIMP粒子撞向其原子核,它会释放出瞬间的闪光。圆柱体顶部的一套传感器会记录下这一信号,同时顶部的传感器会探测WIMP粒子释放的电子。通过分析上述两个信号及测量它们的时间间隔,研究人员便能以三维形式锁定圆柱体内撞击点位置。
暗物质并不见得就是由WIMP粒子构成,但它们当仁不让是重要候选之一,因为WIMP粒子的存在会填补粒子物理学理论固有的漏洞。为解决这一矛盾,科学家提出,所有粒子都有质量超大的对应物或“超级伙伴”。Neutralino即便质量是质子的50倍,但在“超级伙伴”之中也是最轻的。它是WIMP粒子的重要候选。如果XENON100实验最终揭开了Neutralino之谜,这将是人类科学史上的重要一步。耶鲁大学物理学家、XENON100小组成员丹尼尔·麦克金赛说:“如果我们找到了暗物质,我们会发现,地球原来并不是由构成大部分宇宙的物质所形成的。”
海洋生物大普查
浩瀚的大海中都生活着哪些生物?2000年,这个看似简单的问题却引来了一项耗资6.5亿美元的研究项目,该项目将对所有海洋生物进行分类记录,如植物、动物、细菌和真菌。美国罗格斯大学生物学家、海洋生物调查计划科学指导委员会主席弗雷德·格拉斯勒说:“我们对海洋生物多样性根本一无所知。无论是珊瑚礁、深海海底,抑或是生活在沿海偏僻地区的生物,我们知之甚少。”通过帮助研究人员确认遭受威胁的物种和栖息地,海洋生物大调查可以让人类更好地保护海洋资源。新发现的生物堪比一座天然 “化合物金山”,可用于制药或工业应用。
详细调查全世界的海洋生物肯定需要大量时间,于是,来自80多个国家的2000余名调查人员分成17个小组,对珊瑚礁、大陆架、海洋中心山脊等进行分门别类地调查。另外,他们还实施了其他一系列的研究,如用拖网取出浮游生物;给大型海洋食肉动物挂上标牌以跟踪它们的洄游;排列海水中微生物的DNA;用拖网搜寻海底生物。此次海洋生物大普查的规模超过了以往任何的生物调查,如今,这一调查已进入了第七个年头,格拉斯勒称调查工作正按计划有条不紊地进行。
目前,科学家已经确定了大约5300种之前未知的生物体,每一种将详细记录在“海洋生物大普查”海洋生物地理信息系统中,我们可以免费登录查找相关信息。加拿大纽芬兰纪念大学海洋生态学家保罗·斯尼尔戈罗夫说,科学家面临的长期挑战将是,在这一计划的主要调查工作于2010年结束之后,如何继续调查新发现生物体的生态重要性。他说:“调查工作的头10年一直集中于发现海洋生物。下一步将是探究这些生物的活动以及它们对地球运转的重要性。”
海洋生命调查发现的像虾一样的甲壳动物
人造生命计划
上世纪90年代中期,备受争议的基因组研究先锋克雷格·文特尔宣称,在政府科学家成功破译人类基因组前,他和同事也许早已完成这一科学创举。当时很多人认为文特尔狂妄至极,是不折不扣的科学狂人。不过如今看来,他并非只是造声势,起码眼下与政府科学家打了个平手:2000年以来,两个科研小组都提供了越来越精确的基因组图谱。文特尔刚刚公布了一个人(他本人)的基因组序列,其中包括他遗传自父母的所有染色体。
尽管人类基因组排序在当今属于科研热门,但文特尔领导实施的另一项实验可能使之黯然失色。在克雷格·文特尔研究所和他的生物技术公司“合成基因学”(Synthetic Genomics),科学家们正试图从零开始制造基因组。文特尔在其回忆录《破译一生》(A Life Decoded)中称:“我打算通过人造生命来表明我们了解‘生命钥匙’的态度。”文特尔在2002年首次对外宣布了这个计划,此后便废寝忘食,为实现这一宏伟的科学目标而努力。
文特尔“人造生命计划”的第一步是:确定微生物在实验室里生存所需的最少数量的基因。然后,科学家从原材料中合成这个最小的基因组,将其植入宿主细胞。此时,基因组可以自力更生,生成其所需蛋白质,逐渐把细胞转化为新生命。为合成最小的基因组,文特尔开始着眼于他和同事研究多年来的一种微生物——一种名为Mycoplasma genitalium的病原体,这种病原体能引起尿道感染。他们过去已经确定,这种寄生病菌拥有482个基因。接着,他们开始测试这些基因,察看哪些是其生存所必需的。
去年,文特尔的研究小组报告,M. genitalium病原体即便没有其中100个基因,也能存活。文特尔说:“我们知道如何将哪些基因一个个清除,但不清楚将哪些一并清除。”为分析剩余382个基因是否能满足生命存在的最基本条件,文特尔的研究小组必须用它们造出基因组,接着将其植入细胞。
文特尔清楚,当时尚无一人成功移植细菌的基因组。他说:“通常,细胞确实不喜欢注射到它们身上的另一个细胞的DNA。”不过今年6月,文特尔和同事成功造出Mycoplasma mycoides细菌的整个基因组,并将其植入Mycoplasma capricolum中。实验表明Mycoplasma capricolum丧失了其旧有的基因组,而Mycoplasma mycoides基因组开始取而代之。文特尔说:“这是该科学领域重大的突破。”(杨孝文)